中国东北地区上地幔远震P波方位各向异性层析成像研究

采用NECESSArray流动地震台阵2009—2011年期间纪录的154个远震波形资料,使用考虑各向异性的走时层析成像方法获得了中国东北地区上地幔三维P波速度扰动和方位各向异性图像.结果显示,东北地区上地幔P波速度扰动和方位各向异性均存在明显的横向不均匀性.阿尔山火山区下方存在深至地幔转换带的柱状低速异常,可能暗示存在来自深部的岩浆运移通道;410 km以下,阿尔山地区下方低速异常与松辽盆地下方低速异常汇合,同时各向异性快波速度方向FVD整体为NW向分布,表明二者可能具有共同的深部热源补给.在松辽盆地下方100 km,盆地南侧及中部地区FVD呈近E-W向展布,东侧则呈NE-SW向展布,推测可能受到E-W走向的华北克拉通—松嫩地块拼合带及NE向深大断裂的共同影响;410 km以下,FVD整体以NW向分布为主,与SKS结果类似,可能表明SKS各向异性的来源深度较深,推测其形成机制与太平板块西向俯冲有关.长白山火山区下方200 km内FVD展布与块体拼合带走向一致,反映了拼合过程对局部构造变形的影响;300 km以下显示出一致的NW向特征,推断与太平洋板块的西向俯冲有关;520～660 km内火山区西北方存在一个低速异常区,但方位各向异性幅值较大,整体趋势一致,初步推测与来自深部的地幔热柱关系不大,可能与滞留板块的深部脱水作用有关.     

川西地区瑞雷波方位各向异性

本文使用川西密集地震台阵记录的面波资料,利用程函方程面波成像方法获得了周期为14—60 s的瑞雷波相速度及方位各向异性分布。结果显示:川滇菱形地块的川西北地块内部的低速异常明显,其下地壳各向异性快波方向以NS向为主,松潘—甘孜地块内部的低速异常稍弱,下地壳各向异性快波方向以NW?SESE向为主,表明川西北地块可能存在下地壳通道流,松潘—甘孜地块内部存在的通道流相对较弱;龙门山断裂带和丽江—小金河断裂两侧的速度结构和方位各向异性均有明显差异,可推测青藏高原内部的地壳流在东部和南部分别受高速、高强度的四川盆地和滇中地块阻挡,沿高原边界带发生了侧向流动;周期大于25 s的面波方位各向异性方向为NW?SE;与SKS分裂优势方向相近,说明四川盆地的剪切波各向异性可能主要源于上地幔;而龙门山断裂带附近壳幔各向异性较为复杂,面波方位各向异性与SKS分裂的NW?SE向弱各向异性存在差异,表明该处的剪切波各向异性可能来自地幔更深处,有待进一步研究。      

青藏高原东南缘基于程函方程的面波方位各向异性研究

青藏高原东南缘作为高原物质侧向挤出的前沿地带,是研究岩石圈变形机制、高原物质侧向逃逸和深部动力学等科学问题的关键地区之一.本文利用研究区内540个宽频带流动地震台站记录的远震面波资料,基于程函方程面波层析成像方法获得了青藏高原东南缘周期14~80 s瑞利面波相速度和方位各向异性分布图像.结果显示：14~20 s周期内,面波方位各向异性分布与断裂带的走向和最大主压应力的方向密切相关,可能受到了断裂带和区域构造应力场的共同作用.川滇菱形块体的北部次级块体及丽江—小金河断裂带附近随着面波周期的增加,各向异性快波方向从NS向逐步转变为NE-SW方向,并与断裂带大致平行,而其以南的攀枝花附近表现为高相速度和弱各向异性的特征.我们推测,在川滇菱形块体北部存在明显的下地壳流,流动方向与块体向南的挤出方向基本一致,该地壳流受到攀枝花附近的高速、高强度坚硬块体阻挡,其前缘向西南方向流动.川滇菱形块体中部地区由于坚硬块体的存在,下地壳没有明显的通道流.在红河断裂以西地区,30~60 s周期范围的面波各向异性快波方向和红河断裂大致平行,推测可能与渐新世至中新世早期印支地块向南东方向的挤出密切相关.研究区东北部,四川盆地南缘地壳各向异性以NE-SW和NEE-SWW向为主与SKS快波方向明显不同,推测主要与该地区地壳的早期构造变形有关同时也说明SKS各向异性主要来自上地幔介质;在研究区南部104°E以西的中长周期面波各向异性方向与SKS分裂研究获得的近EW快波方向基本一致,但在104°E以东地区面波各向异性较弱且快波方向与SKS的观测结果存在明显差异,我们推测东部SKS各向异性来源深度至少在150 km以下.     

青藏高原东北缘上地幔地震各向异性:来自SKS、PKS和SKKS震相分裂的证据

基于青藏高原东北缘甘肃区域台网41个宽频带地震台站的远震记录资料,通过PKS、SKS和SKKS震相的剪切波分裂分析,获取了台站下方介质的各向异性分裂参数,得到该地区上地幔各向异性分布图像,并结合GPS速度场和地壳剪切波各向异性分析青藏高原东北缘各向异性形成机制及壳幔各向异性特征.分析结果认为,在阿尔金断裂带西侧,各向异性快波偏振呈NWW-SEE方向,与断裂带走向有一定夹角,与塔里木盆地向柴达木盆地俯冲方向一致,说明该地区上地幔物质变形主要受古构造运动的影响,属于"化石"各向异性.在祁连山-河西走廊构造区,XKS快波偏振呈NW-SE方向,一致性较好,与区域断层走向方向相同;由区域小震的地壳剪切波分裂分析得到的地壳剪切波快波偏振在该区域呈NE-SW方向,与相对于稳定欧亚大陆GPS运动速率一致,地壳和地幔快波偏振方向的差异表明壳幔变形可能有不同的形变机制.在陇中盆地及其周缘,由于处于活跃青藏地块与稳定鄂尔多斯地块之间的过渡带,相对于其他区域具有更加复杂的构造背景,地壳快波偏振和地幔快波偏振总体上呈NWW-SEE方向,说明壳幔变形机制可能相同;但不同台站结果之间存在一定离散性,推测是由于受局部构造特征差异性造成.     

中国东北地区SKS分裂的上地幔各向异性结构与动力学

本研究收集了中国东北地区2008—2016年九年时间内207个固定地震台站和127个NECESSArray流动地震台站的波形资料,利用SKS波分裂的最小切向能量网格搜索方法获得了243个台站的有效分裂结果.研究结果显示,尽管研究区各向异性快波方向基本以NW-SE向为主,但无论是在快波方向上还是快慢波时间延迟上不同构造单元内部与不同构造单元之间均存在着较大差别.大兴安岭造山带北部的各向异性快波方向自北向南由NNE-SSW向转变为NNW-SSE向,在中部以NW-SE向为主,而南部自北而南由NE-SW向逐渐转变为近E-W向;松辽盆地的各向异性快波方向在北部自西向东主要表现为由NNW-SSE向逐渐转变为NW-SE向,在中部自西向东由NE-SW向转变为近E-W向,而在南部既有NE-SW向又有NW-SE向;佳木斯地块各向异性方向由西部的NW-SE转变为东部的NNW-SSE,同时快慢波时间延迟逐渐变大;长白山造山带北部自北向南由NW-SE向逐渐转变为近E-W向,中部各向异性快波方向为NNW-SSE向,且快慢波时间延迟较大,而南部以NW-SE向为主;燕山造山带的各向异性快波方向主要沿E-W向分布,基本平行于燕山造山带的走向.这些结果说明,尽管复杂的各向异性快波方向与局部岩石圈拆沉和热物质上涌有关,但更重要是与"大地幔楔"中物质水平流等动力过程密切相关,也有待将来结合更多地震资料如面波不同深度的特征各向异性进行分析.在阿巴嘎火山群、哈拉哈火山群、长白山火山、龙岗火山和镜泊湖火山区及五大连池火山区等特殊构造区的周边地区,各向异性快波方向围绕这些构造区随方位均发生明显变化,暗示了火山区下方热物质上涌可能影响了"大地幔楔"中的软流圈物质水平流方向.     

华北地区上地幔顶部Pn波速度结构及其构造含义

利用20301条全国及区域地震台网的Pn波射线的走时资料,采用地震层析成像方法反演了华北地区上地幔顶部Pn波速度结构。结果表明,华北地区Pn波平均速度为7.92km/s,横向速度变化量从-0.21～+0.29km/s,Pn波高、低速异常区沿NNE向相间排列,从西向东有鄂尔多斯地块中部高速区、山西地堑低速区、冀中坳陷高速区、鲁西隆起及渤海湾低速区、郯庐断裂带以东高速区,华北地块商界除秦岭一带里高速异常外其余为低速异常。大同附近新生代火山区呈现较大的波速各向异性,快波方向呈NNE-SSW向;渤海湾周围也显示出显著的各向异性,并呈旋转趋势,反映了该区地幔流动变形的迹象。华北地区Pn波速度与大地热流之间具有负相关关系,Pn波低速异常区,对应着高热流值,如:山西地堑、渤海湾;而在Pn波高速异常区,对应着低热流值,如:冀中坳陷。这表明本区Pn波速度变化主要是上地幔顶部存在温度差异的结果。强震主要发生在低速异常区以及高、低速异常区的交界带上面的地壳内,在低速异常区发生的地震,其震源深度较浅;在高、低速异常区的交界带发生的地震,其震源深度较深。     

滇西地区壳幔解耦与腾冲火山区岩浆活动的深部构造研究

根据青藏东部边缘的深部地球物理资料,分析了滇西地区壳幔耦合和腾冲火山区岩浆活动的深部构造特征,确认了地幔各向异性与上地幔速度结构(包括P波速度和S波速度)的内在联系,指出产生这一结果的原因与以腾冲火山区为中心的地幔热物质上涌有关:上地幔顶部平均温度升高导致介质强度降低,在印支块体的侧向挤压或印缅块体的向东俯冲作用下发生韧性变形,造成滇西地区地幔各向异性的快波方向与青藏东部地壳块体的旋转方向不一致.此外,鉴于中下地壳低速层的横向非均匀性,估计韧性流动并非贯通青藏高原的东部边缘,而是被不同的构造块体和边界断裂限定在局部地区.总体而言,滇西地区下地壳的地震波速度和电阻率偏低,具备发生韧性变形的构造条件.作为地壳和上地幔之间的解耦层,它使得青藏东部地壳块体旋转产生的构造应力未能传输至上地幔.腾冲火山区的地壳结构与不同时期的岩浆活动有关,火山区东侧的高速结构代表了上新世时期火山通道内冷凝固结的岩浆侵入体或难以挥发的高密度残留物质,火山区西侧的低速结构反映了更新世以来持续至今的岩浆活动,壳内岩浆源主要分布在10～20km的深度范围内,横向尺度约为15～20km,有可能通过地壳深部的断裂与上地幔岩浆源区相连,估计腾冲火山区下方的岩浆活动将持续进行.     

利用背景噪声资料研究海原断裂带及邻区Rayleigh波相速度和方位各向异性

海原断裂带是位于青藏高原东北缘的一条NWW走向大型边界断裂带,为了研究该区域地壳速度结构与变形特征,使用中国地震局地震预测研究所布设的跨海原断裂带流动地震台阵(SACHY-Array)和研究区域内固定地震台站共61个台站(40个流动台站和21个固定台站)的垂向连续波形数据。采用背景噪声互相关方法,提取了面波相速度频散曲线,反演得到周期范围为5～30 s、分辨率1°×1°的Rayleigh波相速度和方位各向异性图像。结果表明,短周期5～10 s内,河西走廊过渡带东部、鄂尔多斯地块西北部以及银川地堑南部均呈现低速异常体,祁连造山褶皱带东段表现为相对高速体;海原断裂带西南侧快波偏振方向为NWW、 NW向,鄂尔多斯西缘及邻区快波偏振方向主要为近NS向,各向异性方向与区域断裂走向基本一致。15～30 s周期内,河西走廊过渡带东部及银川地堑南部的低速异常逐渐减弱且范围不断减小,15 s周期左右,河西走廊过渡带东部的低速体在烟筒山断裂带下方有错断的趋向,陇中盆地中央、鄂尔多斯西南缘均存在高速异常体;方位各向异性方向与短周期基本一致,不过各向异性强度较弱。本文认为,海原断裂带是高低速过渡带,位于断裂带...     

喜马拉雅东构造结及周边地区地壳各向异性特征

利用喜马拉雅东构造结及周边地区的48个宽频带地震台站记录的远震波形数据,通过Pms波分裂测量得到了 295对地壳各向异性横波分裂参数,获得了研究区的地壳各向异性图像.喜马拉雅东构造结的快波偏振方向主要为NE-SW方向,周边地区的快波偏振方向呈现出绕东构造结顺时针旋转的趋势.Pms波分裂的慢波延迟时间范围为0.11～0.30 s,平均值为0.24 s.对比分析研究区内Pms波分裂、近震直达S波分裂和远震SKS波分裂的结果发现,上地壳各向异性对Pms波分裂影响有限,地壳各向异性主要来自于中下地壳矿物和熔体的定向排列;地壳各向异性对SKS波分裂影响较小,SKS波分裂主要反映了上地幔的各向异性特征;Pms波分裂的快波偏振方向与近震直达S波分裂和远震SKS波分裂的快波偏振方向表现出较好的一致性,并且与地表构造和变形特征具有较好的相关性,反映了喜马拉雅东构造结及周边地区的岩石圈变形可能为垂直连贯变形模式.     

贝加尔裂谷区地壳上地幔复杂的各向异性及其动力学意义

位于西伯利亚板块东南缘的贝加尔裂谷是最典型的大陆裂谷之一,其形成的动力机制与演化过程一直是地学界争论的焦点.本研究使用一种改进的横波分裂测量方法——全局最小切向能量法,对研究区宽频带固定台站ULN和TLY记录的SKS震相和接收函数PmS震相进行分裂测量,得到了裂谷地区地壳和上地幔的各向异性属性.ULN台的SKS分裂测量结果表明,台站下方存在双层各向异性结构,其中,上层的快波偏振方向为N74°E,快、慢波分裂时差为0.80 s,下层的快波偏振方向为N128°E,快、慢波分裂时差为0.80 s;PmS震相分裂测量结果表明,台站下方地壳内存在单层各向异性结构,其快波偏振方向为N77°E,与SKS分裂测量的上层各向异性的快波偏振方向相近,快、慢波分裂时差为0.26 s,这说明SKS分裂测量的上层各向异性同时包含了地壳和地幔岩石圈.对TLY台进行SKS分裂测量时发现,台站下方上地幔结构表现出横向非均匀性:当反方位角<90°时,快波偏振方向在N60°E左右,快、慢波分裂时差为1.27 s;当反方位角>90°时,快波偏振方向约为N120°E,快、慢波分裂时差为1.40 s;PmS震相分裂测量没有获得有效的结果,并且不同方位的PmS震相到时基本一致,说明TLY台下方地壳结构接近各向同性.根据分裂测量结果,结合贝加尔裂谷区的构造演化过程,得到以下结论:(1)ULN台双层各向异性的上层主要是岩石圈原始结构的反映,并且存在地壳与地幔岩石圈的一致性形变,而下层指示着现今软流圈地幔的流动;(2)由于刚性的西伯利亚克拉通的阻挡,地幔流动方向在克拉通南缘发生了偏转,在深部绕克拉通边缘流动,因此形成了TLY台下方上地幔结构的横向变化.